Umfassende Zusammenstellung der aktuellen Theorie für das Bemessen und Bewehren von Stahlbeton. Es wird darüberhinaus ein neuer Ansatz vorgestellt, mit dem das Einlegen von Schubbewehrung weitgehendst vermieden werden soll.

Die Anwendung der teilweisen Vorspannung ohne Verbund bei Flächentragwerken setzt die Kenntnis des Tragverhaltens der Konstruktion im Zustand II voraus, um Tragreserven ausschöpfen zu können. Der Bruchsicherheitsnachweis ist wirtschaftlich und wirklichkeitsnah nur durchzuführen, wenn alle im Bauwerk aktivierbaren Tragwirkungen berücksichtigt werden. Der teilweisen Umlagerung vom Biege- zum Membranspannungszustand mit der Wirkung einer Tragfähigkeitssteigerung wird durch eine systembezogene Darstellung der Bruchsicherheitsbeziehung Rechnung getragen. An zwei Schalenträgern werden die Ergebnisse am Gesamttragwerk vorgestellt.

Wegen der vorhandenen Komplexität sind bei der Planung und Herstellung von Sichtbeton erfahrene Sonderfachleute gefragt, die den dazugehörigen Willen und das erforderliche Engagement zur Vorbereitung, Koordination und baubegleitenden Kontrolle und Steuerung bei der Herstellung besitzen. Sehenswerte Ergebnisse lassen sich nur dann erreichen, wenn Wissensvermittlung, Informationsfluß, Fachkenntnisse, Erfahrungen und Engagement aller Beteiligten zusammenwirken und wenn der Bauherr bereit ist, diese planerischen und ausführungstechnischen Leistungen entsprechend zu vergüten. Am Beispiel des Baues der Universität Brixen soll gezeigt werden, wie trotz hoher architektonischer Anforderungen an das Tragwerk mit filigranen Bauteilen und bauphysikalischen Randbedingungen ein alle Seiten zufriedenstellendes Sichtbetonergebnis erzielt werden kann. Dabei waren besondere Überlegungen in statisch-konstruktiver, betontechnologischer und ausführungstechnischer Hinsicht erforderlich.

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Die Last- und Bemessungsnormen des Bauwesens sind in bemerkenswerten Umbrüchen begriffen. Bisherige deterministisch formulierte Normen laufen aus und werden von probabilistisch begründeten Vorschriften abgelöst. An die Stelle eines globalen Sicherheitsbeiwertes treten Bemessungskonzepte mit mehreren Teilsicherheitsbeiwerten, die stärker auf die individuelle Bemessungssituation eingehen und probabilistisch hergeleitet sind. Die Kriterien Versagenswahrscheinlichkeit bzw. mathematisch definierte Zuverlässigkeit sollen zu objektiven Maßstäben für die Bauwerksdimensionierung führen und die aus sicherheitstheoretischer Sicht als willkürlich empfundenen bisherigen pauschalen Sicherheitsvorgaben ersetzen. Die Ausführungen beschäftigen sich mit Anspruch und Wirklichkeit der neuen semiprobabilistischen Bemessungskonzepte und versuchen Hinweise zu einer sinnvollen Weiterentwicklung zu geben.

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Das Forschungsvorhaben “Große Ankerplatten mit Kopfbolzen für hochbeanspruchte Konstruktionen im Industrie- und Anlagenbau” behandelt die Untersuchungen von Ankerplatten mit mehr Verbindungsmitteln als aktuell nach Norm zulässig unter einer Zug-, Querkraft sowie Zwangsbeanspruchung. Kuhlmann/Ruopp [15] beschreiben die Untersuchungen zu den Querkraftanschlüssen, die an der Universität Stuttgart durchgeführt wurden, und dieser Beitrag die Untersuchungen zur Normalkraft- sowie Zwangsbeanspruchung, die an der Technischen Universität Kaiserslautern erfolgten.
In den experimentellen Untersuchungen unter einer Zugkraft wurden die maßgebenden Parameter Ankerplattendicke, effektive Einbindelänge der Kopfbolzen sowie eine Rückhängebewehrung berücksichtigt. In numerischen Untersuchungen wurden zusätzlich zu den genannten Parametern die Betondruckfestigkeit und der Bewehrungsgrad der Oberflächenbewehrung variiert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen gingen mit in die Modellentwicklung zu den Querkraftanschlüssen der Universität Stuttgart ein.
Die Versuchsserie unter einer Zwangsbeanspruchung wurde analog zu den Versuchen unter Normalkraft entwickelt. Mit Hilfe dieser Untersuchungen konnten das zeitabhängige Verhalten des Betons unter Kurzzeitrelaxation und die Auswirkungen des Kriechens und Schwindens auf große Ankerplatten beschrieben werden. Weitere numerische Untersuchungen bestätigen dieses Verhalten, sodass auf dieser Grundlage ein Modell in Anlehnung an die Komponentenmethode entwickelt werden konnte, welches Effekte des Kriechens und Schwindens berücksichtigt.

Steel-to-concrete joins with large anchor plates under normal and constraining forces.
The research project “Large anchor plates with headed studs for highly stressed structures in industrial and plant constructions” deals with the investigations of anchor plates with more fasteners than currently permitted by codes under tensional-, shear- and constraining forces. Kuhlmann/Ruopp [15] describe in their articles the studies on the shear connections, which were conducted at the University of Stuttgart and this articles describes the studies on tensional- and constraining forces at the University of Kaiserslautern.
In experimental studies, under a tensile force decisive parameters such as thickness of the anchor plates, effective bond length of headed studs and a supplementary reinforcement have been considered. In numeric investigations the concrete strength and the degree of reinforcement of the surface reinforcement were varied in addition to the parameters above. The results of these studies are incorporated in the modelling of shear of the University of Stuttgart.
The series of experiments under constraining forces was developed analogous to the tests under tensional forces. Using these tests, the time-dependent behaviour of the concrete and the consequences to large anchor plates could be described. Further numerical studies confirm this behaviour, so that a model could be developed that is based on the component method.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Im Rahmen des Forschungsvorhabens “Große Ankerplatten mit Kopfbolzen für hochbeanspruchte Konstruktionen im Industrie- und Anlagenbau” wurde das Tragverhalten von Ankerplatten mit mehr als der aktuell zulässigen Anzahl an Verbindungsmitteln unter Zugkraft, Querkraft und Zwangsbeanspruchung untersucht. Die Darstellung der Ergebnisse des gemeinsamen Vorhabens erfolgt in zwei Beiträgen: Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Querkraftanschlüssen der Universität Stuttgart und in einem weiteren Beitrag die Untersuchungen zur Normalkraft- und Zwangsbeanspruchung vorgestellt, die im Wesentlichen an der Technischen Universität Kaiserslautern erarbeitet wurden. Die Schlussfolgerungen zeigen das Gesamtkonzept.
In den Versuchsserien wurden zur Bestimmung der wesentlichen Einflussgrößen auf das Tragverhalten und die Lastverteilung Parameter wie die Ankerplattendicke, die Einbindelänge der Kopfbolzen und die Exzentrizität der Querkraft variiert. Im Bereich der auf Zug beanspruchten Kopfbolzen wurde zusätzlich eine Rückhängebewehrung berücksichtigt. Mit Hilfe numerischer Untersuchungen wurden neben offenen Fragen zur Lastverteilung die Einflüsse weiterer Faktoren wie die Betondruckfestigkeit und der Bewehrungsgrad untersucht.
Auf Grundlage dieser Untersuchungen konnte ein auf der Komponentenmethode basierendes Bemessungsmodell entwickelt werden, mit dem eine Bemessung von Ankerplatten mit mehr als der aktuell zulässigen Anzahl an Verbindungsmitteln möglich ist. Hinsichtlich der Lastverteilung finden elastische und plastische Bemessungsansätze im analytischen Modell Anwendung.

Steel-to-concrete joints with large anchor plates under shear loading.
Within the framework of the research project “Large Anchor Plates for Industry and Plant Engineering” the load and deformation behavior under tension-, shear and constraining forces of anchor plates with a higher number of headed studs has been investigated. The results of the joint project will be presented in two parts: In this part investigations on large anchor plates under shear loading made at the Universität Stuttgart are described. This is followed by the description of the investigations under tension- and constraining forces made at the Technischen Universität Kaiserslautern. The overall approach is shown in the conclusions.
Within the tests parameters like the thickness of the anchor plate, the embedment depth of the headed studs and the load eccentricity were changed in order to investigate the key determinants on the load-bearing behavior and the load transfer. In the area of the tension loaded fasteners supplementary reinforcement has been placed to strengthen the concrete failure modes and to determine the influence for the increase of the load carrying capacity depending on the variation of the reinforcement ratio. Within further numerical investigations outstanding issues like the distribution of the shear forces and the effect of further parameters such as the concrete strength and the reinforcement ratio were investigated. In the course of this studies further influences were examined and a suitable design model has been developed. With this design model an economic design of large anchor plates with more than the permissible number of fasteners is possible.

Mit dem zunehmenden Einsatz von Holz für Ingenieurbauwerke steigen die Ansprüche an eine montagefreundliche und materialgerechte Ausbildung effektiver Anschlüsse mit hoher Tragfähigkeit auch unter mehrachsig interagierenden Beanspruchungen. Dieser Beitrag stellt baustellengerechte Varianten für Zug-, Druck- sowie Biegeanschlüsse im Holzbau auf der Basis polymergebundener Vergussmassen vor. Hierbei werden typisierte frei geformte Einbauteile, z. B. aus Stahl mit metrischem Gewinde als Muffen- oder Gewindeanschluss, bereits vom Hersteller mittels “Vergusskleben” in nahezu beliebig geformten, auch größer dimensionierten Ausnehmungen im Holzbauteil verankert. Damit ermöglichen derartige Vergusslösungen dem Holzbau nicht nur einen optimalen Kraftschluss, sondern auch das effiziente direkte Zusammenspiel mit typisierten Anschlüssen anderer Bauweisen, wie sie z. B. im Stahl- oder Stahlbetonbau üblich sind. In diesem Kontext können daher die als Stütze oder Biegeträger optimierten Holzbauteile effektiver als bisher eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet sich der Polymerverguss hervorragend für die Ein- sowie Durchleitung lokaler hoher Druckbeanspruchungen quer zur Holzfaserrichtung. Der vorliegende Artikel zeigt zudem, dass mittels geeigneter numerischer 3-D-FE-Modelle der vorhandene komplexe Beanspruchungszustand dieser Vergussanschlüsse zuverlässig beurteilt werden kann.

Joints in timber engineering with cast-in connectors
The increasing usage of timber in structures has led to higher requirements for load-bearing capacities and usability for constructions - including high performance joints. This paper presents solutions for connecting details in timber constructions to carry tension, compression and bending loads, which are appropriate for the anisotropic material timber. A polymer compound grout allows cast-in connectors made of standardized or customized steel members. The polymer grout enables a rigid connection between the connector and the timber. Such joints are convenient for assembling structural elements of timber or with constructions made of steel or concrete - fast and simple. The polymer grout can also be used to distribute a high compression load through a timber element perpendicular to the grain, as it appears in multiple storey buildings at crossing points. Further information about the special numerical models (3D FEM) are provided to determine the polymer grout and the very special material timber.

Es werden die Möglichkeiten nachträglicher Änderungen an Stahlbetonkonstruktionen beschrieben und erläutert. Beim Entwurf neuer Bauwerke können mit einfachen, wenig aufwendigen Vorkehrungen nachträgliche Anschlüsse von Bauteilen erheblich erleichtert werden.

Lastannahmen für das anzuschließende Moment bei der Stützung von kippgefährdeten Trägern durch untergeordnete Bauteile, wie Dachhaut oder Pfetten (Drehbettung)

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In der hier vorgestellten Arbeit wird die Materialermüdung von Stahlproben anhand der Verzerrung von Lamb-Wellen untersucht. Gekerbte Stahlproben werden zyklisch auf Zug bis zum Bruch im Low-Cycle-Fatigue (LCF) belastet. In Abständen von 1000 Lastzyklen wird die Prüfmaschine angehalten. Ein Aktuator regt Lamb-Wellen bei einzelnen Frequenzen und Frequenzbändern im Bereich von 1 bis 500 kHz an. Nachdem die Lamb-Wellen die Kerbe durchlaufen haben, werden sie von einem Sensor aufgenommen. Die Auswertung der gemessenen Spektren zeigt, dass die mittlere Amplitude mit zunehmender Materialermüdung kleiner wird. Diese Ergebnisse bieten die Grundlage zur Entwicklung eines möglichst robusten Verfahrens zur Risserkennung. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Ansatzes ist, dass kurz vor der Entstehung sichtbarer Risse die Materialermüdung erkannt werden kann, ohne dass dafür Referenzmessungen des ungeschädigten Bauwerks nötig sind.

Lamb-wave distortion as approach to detect cracks in steel plates
The work presented here examines fatigue of steel specimens based on harmonic-distortion of Lamb-waves. Cyclic tension load is applied on notched steel specimens until failure under Low-Cycle-Fatigue (LCF) occurs. The fatigue test is interrupted every 1000 load cycles. An actuator excites Lamb-waves with singular frequencies and frequency bands in a range from 1 to 500 kHz. After the Lamb-waves passed the notch they are recorded by a sensor. Analysing the spectra shows a declining of the average amplitude with increasing material fatigue. These results provide an approach to develop a robust crack detection methodology. A major advantage of such an approach is the ability to detect cracks at least shortly before they become visible without requiring reference measurements of the undamaged structure.

Der Gewährleistung einer möglichst hohen Nachhaltigkeit kommt im Bauwesen aufgrund der hohen Investitionskosten und des Energieverbrauchs bei der Errichtung beispielsweise von Infrastrukturbauwerken und den hohen Anforderungen an die Lebensdauer derartiger Bauwerke eine besonders große gesellschaftliche Bedeutung zu. Nachhaltiges Bauen ist dabei durch den Grundsatz geprägt, dass das Verhältnis aus gesellschaftlichem Nutzen von Bauwerken und dem dafür erforderlichen Energieaufwand und Ressourcenverbrauch infolge ihrer Errichtung, Nutzung und Entsorgung maximiert wird. Insbesondere für Infrastrukturbauwerke ist dies nur möglich, wenn die eingesetzten Werkstoffe eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen und - dies ist entscheidend -, wenn diese Eigenschaften auch durch den Planer möglichst optimal genutzt werden. Vor diesem Hintergrund beschreibt der vorliegende Beitrag Möglichkeiten und Wege, wie die Nachhaltigkeit des Werkstoffs Beton - dessen Herstellung für einen signifikanten Anteil beispielsweise des weltweiten CO2-Ausstoßes verantwortlich ist - signifikant gesteigert werden kann. Am Beispiel sogenannter Ökobetone - Betone mit stark reduziertem Zementgehalt - wird aufgezeigt, wie die Nachhaltigkeit des Werkstoffs nicht nur durch dessen Umwelteinwirkungen, sondern auch durch dessen Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit beeinflusst wird. Hierzu wird ein neuer Kennwert, das sog. Beton-Nachhaltigkeitspotenzial, eingeführt, mit dem das Potenzial für eine nachhaltige Betonnutzung quantifiziert werden kann. Die Anwendung des Kennwerts wird im Beitrag anhand eines Beispiels erläutert.

A method for the quantification of the sustainability of concrete on the material level
Guaranteeing a high level of sustainability is of special societal importance in civil engineering, on account of the immense investment costs and environmental actions associated with the erection and use of engineering structures and the high demands placed on their lifetime. Sustainable construction is fundamentally characterized by the principle that the ratio between the usefulness of structures to society in relation to the energy and resources consumption resulting from their erection, use and demolition is maximized. Especially in the case of infrastructure construction, this is only possible when the committed building materials demonstrate a high level of performance and durability and - this is the key - when these properties are exploited optimally by the planner. In light of this recognition, the paper at hand describes possibilities and methods for how the sustainability of the building material concrete - the production of which is responsible for a great portion of global anthropogenic carbon dioxide emissions - can be significantly improved. Green concretes - concretes with strongly reduced cement content - are used as an example of how the sustainability of building materials is affected not only by their environmental impact, but also by their performance and durability. For this purpose a new indicator, the Concrete Sustainability Potential, is introduced, with which the potential for a sustainable use of concrete can be estimated. The application of this indicator is demonstrated here by an example.

Die Sicherstellung eines ausreichenden Zuverlässigkeitsniveaus im Rahmen der Erhaltung von Bauwerken und insbesondere Betonbrücken, welche durch Verkehrs- und Umwelteinflüsse einer kontinuierlichen Verschlechterung im Laufe ihrer Lebenszeit unterliegen, ist in der Regel eine komplexe und teure Aufgabenstellung. Besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz in der Winterzeit beeinflusst die Chloridbelastung sowohl den Entwurf als auch die Erhaltung der Bauwerke durch ihren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit wesentlich. In diesem Beitrag wird eine Bewertungsstrategie für die durch die Chloridbelastung hervorgerufene Zustandsverschlechterung von Betonstrukturen und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau sowie die verbliebene Lebenszeit an einem Fallbeispiel vorgestellt. Hierbei werden die Entnahme von Proben, deren Untersuchung, die inverse Analyse des Eindringverhaltens und infolge die Prognose der Chloridkonzentration im Bauteil, die Vorhersage der Korrosionsentwicklung über die Zeit und schließlich die Bestimmung des gegenwärtigen und zukünftigen Zuverlässigkeitsniveaus unter Beachtung der normativ festgelegten Grenzzustände für Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Schlussendlich werden unterschiedliche Erhaltungsstrategien in Bezug auf die zu erwartenden Lebenszykluskosten verglichen.

Approach for the Assessment of Concrete Structures Subjected to Chloride Induced Deterioration
The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges under their gradual degradation due to traffic and environmental actions during service life is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where winter salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs.

Bei der Ermittlung der Bemessungswerte von Pfahlwiderständen aus den Ergebnissen von statischen und dynamischen Pfahlprobebelastungen sind die Versuchs- bzw. Messwerte Rc;m der Pfahltragfähigkeit zunächst mittels Streuungsfaktoren &xgr; abzumindern und damit in charakteristische Pfahlwiderstände Rc;k umzuwandeln. Mit den Streuungsfaktoren soll der Einfluss der räumlichen Variabilität der Baugrundverhältnisse, aber auch der Unschärfen, die sich aus der Durchführung und der Auswertung der Pfahlprobebelastungen ergeben, bei der Ableitung des charakteristischen Pfahlwiderstandes aus den Messwerten einer einzelnen oder einer begrenzten Anzahl von Probebelastungen berücksichtigt werden. Eine bewertende Analyse zeigt, dass die im Handbuch Eurocode 7, Band 1, enthaltenen Regelungen zur Ermittlung der Streuungsfaktoren insbesondere im Hinblick auf die alleinige Abhängigkeit der Streuungsfaktoren von der Anzahl der durchgeführten Probebelastungen Schwächen aufweisen. Diesbezüglich werden Ansätze für eine Fortschreibung der Regelungen erörtert. Darüber hinaus wird ein Vorschlag für den Ansatz reduzierter &xgr;-Werte für den Sonderfall, dass an allen Pfählen einer Pfahlgründung eine dynamische Probebelastung ausgeführt wird (“n = n”), vorgestellt.

Approach to the correlation factors for static and dynamic pile load tests
In determining the design values of a pile resistance from the results of static and dynamic pile load testing the measured values Rc;m of the pile capacity have to be initially mitigated by correlation factors &xgr; to derive the characteristic pile resistance Rc;k. With the correlations factors the influence of the spatial variability of the subsoil, but also of the uncertainties arising from the execution and evaluation of the pile load tests on the derivation of the characteristic pile resistance from the measured values of a single or limited number of test loads is taken into account. An analysis of the existing approach implemented in handbook Eurocode 7, Volume 1, indicates shortcomings particularly with respect to the sole dependency of the correlation factors on the number of performed load tests. In this regard approaches for an evolution of the present regulations are discussed. In addition, a proposal for reduced &xgr;-values for the special case that dynamic load tests are executed at all piles of a pile foundation (“n = n”) is presented.

Über den Ansatz des Erddrucks auf Spundwände mit hangseitigem Grundwasser an Böschungen.

Ein üblicher Weg, den elastischen Haftverbund zwischen Matrix und Faser zu ermitteln, ist die Bestimmung der maximalen Verbundspannung und des Verbundmoduls mittels analytischer Modelle (Shear-Lag-Therorie) aus den Ergebnissen von Ausziehversuchen. Diese Modelle können unter der Annahme festgesetzter Randbedingungen nur durch recht komplexe algebraische Gleichungen ausgedrückt werden. Der vorliegende Beitrag zeigt eine Möglichkeit für eine Simplifizierung dieser Modelle unter bestimmten Annahmen auf und ermöglicht so eine vereinfachte Auswertung von Ausziehversuchen.